KR100936264B1 - 광대역 원편광 브래그 반사필름 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

개시된 광대역 원편광 브래그 반사필름은, 유리 또는 고분자 물질로 이루어지는 기판; 유전체 물질을 기판의 상부에 나선형 피치 기둥 구조물로서 복수개를 상호 이격되게 증착 형성한 구조를 가지는 비등방 박막층을 포함한다.

이와 같은 광대역 원편광 브래그 반사필름은, 유전체 물질의 사용으로 열에 대한 안정성을 높일 수 있고, 제조 공정이 단순하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 대면적 제품 생산 및 응용이 가능하고, 투과 및 반사시키는 파장을 광대역으로 확대할 수 있으며, 다른 추가적인 필터를 사용하지 않고도 하나의 필름을 이용하여 동시에 여러 개의 파장에서 원편광을 반사시킬 수 있으며, 경량화 및 박형화가 가능하고, 간단한 변경 및 추가 구성으로 용이하게 제작할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

원편광, 광학박막, 반사율, 나선형 피치, 브래그 반사판, 다공성 박막

Description

광대역 원편광 브래그 반사필름 및 그의 제조방법{Broadband circular bragg-reflector and its fabrication method}

본 발명은 광대역 원편광 브래그 반사필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광대역에서 좌원편광 및 우원편광을 반사시킬 수 있는 광대역 브래그 반사필름과 변수를 조절하여 원하는 원편광을 필터링할 수 있게 하는 원편광 브래그 반사필름의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 브래그 반사는 브래그 법칙을 이용하여 광학적 굴절률과 두께를 조절함으로써 광학박막에 의해 원하는 파장에서 특정 입사각으로 입사한 빛만을 반사하는 현상이다.

이러한 브래그 반사 조건의 경우 수직입사의 빛이 아닌 특정 경사입사각의 빛을 반사하기 때문에 수직 입사하는 빛의 경우 특정 파장의 빛만을 반사시키기는 어려운 실정이다.

따라서 이러한 브래그 반사를 이용하여 수직으로 입사하는 원편광된 빛을 임의의 파장에서 좌원편광 및 우원편광으로 분리하여 반사시키는 원편광 브래그 반사필름을 이용하게 된다.

보편적으로 원편광(圓偏光, Circularly Polarized Light)을 편광 상태에 따라 특정 파장에 대해 투과 혹은 반사시키는 광학 소자는 저분자량체로 제조된 콜레스테릭 액정을 유리 등의 기판 사이에 배향 상태로 밀봉한 것이 이용된다.

여기서, 원편광이란 광파의 전자기장 진동이 원진동인 빛으로, 자기장이나 전기장 중 하나의 성분은 일정하지만, 진동 방향이 빛의 진행 방향에 수직되게 회전하는데, 직선 편광을 1/4 파장판의 주면(主面)에 45°의 기울기로 입사시켜 형성시킨다.

그리고, 상기 원편광은 진동 방향에 따라, 광파의 전기장 성분의 진동 방향이 시계 방향으로 회전하는 우원편광과, 광파의 전기장 성분의 진동 방향이 반시계 방향으로 회전하는 좌원편광으로 이루어진다.

상기와 같은 특정 원편광을 반사하기 위한 원편광 브래그 반사필름의 경우 특정 파장에서 원편광된 빛을 원편광 반사필름으로 투과시키거나 또는 원편광 반사필름에서 반사시키도록 이루어진다.

앞서 언급한 바와 같이, 원편광 반사소자로 가장 많이 사용되어지고 있는 콜레스테릭 액정의 경우 원편광된 빛을 특정 파장에서 투과 혹은 반사시키는 특성을 가지고 있다.

이러한, 콜레스테릭(Cholesteric)은 액정(液晶) 중 하나로, 1 개의 평면 내에서는 가늘고 긴 분자가 장축(長軸) 방향으로 배열되고, 그 면에 수직인 방향으로 진행함에 따라 분자가 배열한 방향이 나선 모양을 선회하는 듯한 구조를 형성하는데, 이를 피치(Pitch)라 하고, 360˚ 꼬인(Twisted) 형상을 1 개의 나선형 피치라 한다.

더불어, 광대역 원편광 브래그 반사필름이 구동되는 특정 파장 영역은 콜레스 테릭 액정(Liquid Crystal)의 평균 굴절률과, 상기 콜레스테릭 액정을 이루는 나선형 피치 1 개의 두께의 곱으로 결정된다.

이와 같이, 원편광된 빛을 투과, 반사시키기 위하여, 임의의 파장을 평균 굴절률과, 나선형 피치 1개의 두께로 결정하고, 이에 따라 사용자가 원하는 파장에서 동작할 수 있도록 제작가능하고, 원하는 파장을 사용자의 설정값으로 선택할 수 있다.

또한, 저분자량체로 제조된 액상의 콜레스테릭 액정을 유리 기판 간에 배향 상태로 밀봉하거나 또는 콜레스테릭 액정상을 나타내는 액정 중합체로 형성시키는 등의 제작 방법을 이용한다.

그러나, 저분자량체로 제조되는 방법은 기판을 이용하므로 광학 소자의 중량과, 두께 및 부피가 증가하여 경량성 및 박형성을 저해하는 요소로 작용하였고, 나선형 피치가 온도에 따라 변형되기 쉬우며, 액정중합체로 제조되는 방법은 높은 배향 상태를 가지는 저분자량체를 수득하기 어렵고, 배향 상태를 높이기 위해 장시간 처리 과정이 요구되어 공정 수가 증가하며, 유리의 온도 처리에 있어서 내구성 및 실용성이 낮은 등의 문제점이 있다.

더불어, 넒은 영역과 특정 파장을 동시에 투과 혹은 반사시키기 위해서는 여러개의 콜레스테릭 액정을 적층하거나 콜레스테릭 액정과 함께 여러개의 파장별 컬러 필터를 사용하여야 한다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 특정 광대역의 원편광을 반사할 수 있음과 더불어 공정이 단순 및 용이함과 내구성과 투과율이 높으며, 하나의 광학 박막을 이용함으로써 여러개의 다른 필름이 들어가는 공정을 줄일 수 있는 광대역 원편광 브래그 반사필름 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름은, 유리 또는 고분자 물질로 이루어지는 기판과; 유전체 물질을 상기 기판의 상부에 나선형 피치 기둥 구조물로서 복수개를 상호 이격되게 증착 형성한 구조를 가지는 비등방 박막층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유전체 물질은 350나노미터 내지 2000나노미터의 가시광선 및 근적외선에서 0.01% 이하의 흡수율을 가지는 TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, CeO₂, Si, Bi₂O₃, SnO₂, WO₃, HfO₂, MoO₃ 중 어느 하나의 금속산화물인 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적은 달성하기 위한 본 발명은, 유리나 고분자 물질로 이루어진 기판 상부에 유전체 물질을 증착시켜 광대역에서 좌원편광 및 우원편광을 반사시킬 수 있는 광대역 브래그 반사필름을 제조하는 방법에 있어서, 기판의 각도 및 회전속도, 유전체 물질의 증착율을 설정하는 단계와; 상기 유전체 물질이 상기 기판의 상부에 나 선형 피치로 증착되되 상기 기판의 각도로 일정 굴절률을 가지면서 기둥 구조물로 형성되도록 상기 기판을 회전시키는 단계와; 상기 기판의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치의 기둥 구조물을 상기 기판의 회전량에 따라 상기 기판 상부에 일정 두께의 비등방 박막층으로 형성하는 단계와; 상기 기판의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치를 상기 기판의 회전량에 따라, 일정 두께의 비등방 박막층으로 형성하는 단계; 및, 상기 비등방 박막층을 상기 기판에 증착하면서 지속적으로 두께의 변화를 통해 박막층이 형성하면서 피치의 두께가 실시간으로 변화되면서 성장되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 기판은 상기 유전체 물질과 이루는 경사 입사각이 30 내지 89도의 범위를 가지며, 상기 기판의 회전속도는 0.5rpm 이하로 설정하고, 상기 유전체 물질의 증착률은 0.3 nm/s 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유전체 물질은 350나노미터 내지 2000나노미터의 가시광선 및 근적외선에서 0.01% 이하의 흡수율을 가지는 TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, CeO₂, Si, Bi₂O₃, SnO₂, WO₃, HfO₂, MoO₃ 중 어느 하나의 금속산화물인 것이 바람직하다.

본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름 및 그의 제조방법은, 유전체 물질의 사용으로 열에 대한 안정성을 높일 수 있고, 제조 공정이 단순하여 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 대면적 제품 생산 및 응용이 가능하고, 투과 및 반사시키는 파장을 광대역으로 확대할 수 있으며, 다른 추가적인 필터를 사용하지 않고도 하나의 필 름을 이용하여 동시에 여러 개의 파장에서 원편광을 반사시킬 수 있으며, 경량화 및 박형화가 가능하고, 간단한 변경 및 추가 구성으로 용이하게 제작할 수 있는 효과를 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 의한 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름에 대한 구성 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름은, 기판(100), 비등방 박막층(200b)을 구비하고 있다.

상기 기판(100)은 상기 비등방 박막층(200b)에 의해 반사되지 않은 파장의 원편광을 투과되게 하는 부재이다.

이러한, 상기 기판(100)은 투과성이 우수한 유리 또는 고분자 물질로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 비등방 박막층(200b)은 상기 기판(100)의 상부에 증착되어 원편광을 반사시키는 부재이다.

이러한, 상기 비등방 박막층(200b)의 굴절률은 상기 기판(100)의 굴절률보다 높게 형성되며, 350나노미터 내지 2000나노미터의 가시광선 및 근적외선에서 0.01% 이하의 흡수율을 가지는 유전체 물질인 것이 바람직하다.

더욱 상세하게는, 상기 비등방 박막층(200b)은 TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, CeO₂, Si, Bi₂O₃, SnO₂, WO₃, HfO₂, MoO₃ 중 어느 하나의 금속산화물인 것이 바람직하다.

이러한, 상기 비등방 박막층(200b)은 상기 유전체 물질(200a)을 상기 기판(100)의 상부에 나선형 피치 형상의 기둥 구조물로서 복수 개를 상호 이격되게 증착 형성한 구조를 가지게 된다.

이와 같이, 본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 좌원편광이 반사되어 분리되고 우원편광은 투과되게 하거나, 우원편광이 반사되어 분리되고 좌원편광은 투과되게 할 수 있다.

더불어, 특정 파장 영역에서 수직으로 입사되는 좌원편광 또는 우원편광을 투과 또는 반사할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름을 이용하여 굴절률과 나선형 피치 1개의 두께로 결정되는 특정 파장 영역에서 좌원편광 또는 우원편광 등의 상 태가 다른 원편광을 투과, 반사 및 분리시킬 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법에 대한 순서도 및 개략흐름도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법은, 기판의 각도, 회전속도, 유전체 물질 증착율 설정단계(S1), 기판에 유전체 물질을 나선형 피치 형상의 기둥구조물 형성단계(S2), 기판에 나선형 피치 형상의 기둥 구조물을 복수 개 형성하는 단계(S3), 기판에 일정 두께를 가지는 나선형 피치 형상의 기둥 구조물을 비등방 박막층으로 형성하는 단계(S4), 나선형 피치의 두께를 변화 성장되게 하는 단계(S5)를 거친다.

이때, 본 발명의 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름을 제조하기 위한 장치로, 도 6에 도시한 바와 같이 일정크기의 챔버(300)와, 상기 챔버(300) 내부에 결합 설치되는 지지수단(400)과, 상기 지지수단(400)에 의해 일정 경사 입사각으로 기울어진 상태로 설치되어 상기 기판(100)을 체결지지하는 지지판(500)과, 상기 지지수단(400)에 설치된 상태로 상기 지지판(500)의 경사각을 조절하는 각도조절모터(600)와, 상기 지지판(500)을 축회전시키는 회전수단(700)과, 상기 기판(100)에 비등방 박막층(200b)을 형성시키는 유전체 물질(200a)이 증착되게 하는 증착수단(도면미도시)과, 상기 회전수단(700)의 회전속도와 회전량 및 유전체 물질(200a)의 증착율과 지지판(500)의 경사 입사각을 조절 및 제어하는 제어부(800)를 포함하게 된다.

여기서, 상기 챔버(300) 내부에는 유전체 물질(200a)을 구비하게 되며, 상기 유전체 물질(200a)은 지지판(500)에 체결되는 상기 기판(100)과 경사 입사각(A)을 이 루며 마주보도록 위치한다.

그런 후, 상기 기판(100)의 각도 및 회전속도, 유전체 물질의 증착율을 설정하는 단계(S1)를 거친다.

여기서, 상기 기판(100)은 상기 유전체 물질(200a)과 이루는 경사 입사각(A)이 30 내지 89도의 범위를 가지도록 한다.

더불어, 상기 기판(100)의 회전속도는 0.5rpm 이하로 설정하며, 상기 유전체 물질(200a)의 증착률은 0.3 nm/s 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

이후, 상기 유전체 물질(200a)이 상기 기판(100)의 상부에 나선형 피치로 증착되되 상기 기판(100)의 각도로 일정 굴절률을 가지면서 미세 기둥 구조물로 형성되도록 상기 기판(100)을 회전시키는 단계(S2)를 거친다.

즉, 상기 기판(100)을 일정 각도의 기울기를 가지는 상태로 회전시키면 나선형 피치 형상의 미세한 기둥 구조물을 형성할 수 있게 된다.

여기서, 상기 유전체 물질(200a)은 350나노미터 내지 2000나노미터의 가시광선 및 근적외선에서 0.01% 이하의 흡수율을 가지는 TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, CeO₂, Si, Bi₂O₃, SnO₂, WO₃, HfO₂, MoO₃ 중 어느 하나의 금속산화물인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 기판(100)의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치 형상의 기둥 구조물을 상기 기판의 회전량에 따라 상기 기판(100) 상부에 일정 두께로 복수 개 형성하는 단계(S3)를 거친다.

여기서, 나선형 피치 형상의 기둥구조물 두께는 상기 기판(100)의 회전속도 및 유전체 물질(200a)의 증착율로 조절되고, 원편광이 반사되는 파장은 나선형 피치 형상의 기둥구조물 두께로 결정되며, 여러 개의 파장에서 동시에 반사되는 것은 증착시 두께의 조절에 의해 이루어지게 된다.

이후, 상기 기판(100)의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치를 상기 기판(100)의 회전량에 따라, 일정 두께의 비등방 박막층(200b)으로 형성하는 단계(S4)를 거친다.

마지막으로, 상기 비등방 박막층(200b)을 상기 기판(100)에 증착하면서 지속적으로 두께의 변화를 통해 박막층이 형성하면서 피치의 두께가 실시간으로 변화되면서 성장되게 하는 단계(S5)를 거친다.
여기서, 피치의 두께는 도 7에서 보듯이 비등방 방막층(200b)의 두께(D)를 의미하는 것이며, 피치의 두께를 실시간으로 변화시킨다는 것은 박막의 증착률과 기판의 회전속도를 다양하게 하여 증착되는 피치의 두께를 다양하게 한다는 의미이다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법을 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 앞서 도 6에 도시한 바와 같이 상기 유전체 물질(200a)이 증착수단에 의해 에너지를 얻어 상기 기판(100) 방향으로 이동하며, 상기 유전체 물질(200a)이 이동하는 방향과 상기 지지판(500)의 하부면이 이루고 있는 경사 입사각 "A"로 도시된다.

그리고, 상기 회전수단의 회전속도를 "B" 라 하고, 증착수단에 의해 증착되는 속도인 증착율을 "R" 이라 하며, 유전체 물질(200a)로 성장되는 나선형 피치 1개의 두께를 "D"라 하고, 복수개의 피치가 형성한 비등방 박막층(200b)의 두께를 "W"라 하며, 광대역 원편광 브래그 반사필름이 구동되는 파장을 "λ"라하고, 광대역 원편광 브래그 반사필름이 분리할 수 있는 원편광량을 "M"이라 하면 하기의 수학식 1 내지 4와 같은 관계가 성립된다.

M ∝ W

D ∝ B ∪ R

λ ∝ D ∩ A

λ ∝ (B ∪ R) ∩ A

이같이, 상기 나선형 피치의 미세한 기둥 구조물 두께(D)는 상기 기판(100)의 회전속도 및 유전체 물질(200a)의 증착율로 조절되고, 원편광 분리가 발생되는 파장(λ)은 상기 나선형 피치의 미세한 기둥 구조물 두께(D)로 결정된다.

여기서, 앞서 설명한 바와 같이 상기 유전체 물질(200a)의 증착율은 0.3nm/S 이상의 속도로 증착되고, 상기 기판(100)의 회전속도는 0.5rpm이하로 회전되며, 상기 경사 입사각은 30 내지 89도의 범위를 가진다.

여기서, 광대역 원편광 브래그 반사필름의 굴절률은 상기 비등방 박막층(200b)의 경사 입사각(A)으로 결정되고, 원편광 분리가 발생되는 파장은 상기 굴절률로 조절된다.

도 7은 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름을 SEM으로 촬영한 확대도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반 사필름의 비등방 박막층(200b)을 확대하면, 나선형 피치가 3 개 형성된 것을 확인할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름은 경사 입사각을 60˚으로 설정하고, 상기 기판(100)을 3번 회전하여 증착한 경우에, 3개의 나선형 피치가 성장되어 비등방 박막층(200b)을 형성한다.

그리고, 비등방 박막층(200b)을 이루는 나선형 피치의 형상은 상기 기판(100)의 회전에 의해 나선형으로 성장되고, 기판이 60˚로 기울어짐에 따라, 상기 나선형 피치 간에 빈 공간이 발생하는데, 이를 미세 기둥구조물이라 한다.

도 8은 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 박막이 성장해 나가는 모습을 모의 전산시늉을 이용하여 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 유리 또는 고분자로 이루어진 투과성이 높은 상기 기판(100) 위에 같은 피치의 두께를 가지는 3개의 턴을 증착하고 지속적으로 피치의 두께를 변화시켜 같은 피치의 두께를 3번 턴을 시킨 후 마지막으로 두께의 변화를 주어 역시 3개의 턴을 증착하여 박막이 성장하는 모습을 나타내고 있다.

여기서, 상기 박막의 두께를 크게 3개의 색션으로 나누어 두께의 변화를 주어가면서 증착하는 경우 원편광 브래그 반사필름의 하나의 피치 두께가 변화함에 따라 그 원편광이 반사되는 파장도 변화하게 된다.

그리고, 피치의 두께를 변화시켜 가면서 증착을 하게 될 경우 나선형 피치 1개의 두께와, 경사 입사각으로 조절된 굴절률로 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름이 원편광을 분리하는 특정 파장 영역이 결정되고, 이는 하기 수학식 5와 같다.

λ = n × p

여기서, n은 경사 입사각으로 조절된 굴절률을 나타내고, p는 회전속도 또는 증착율로 조절된 나선형 피치 1개의 두께를 의미하며, λ는 특정 파장을 나타내는데, 굴절률과 두께의 곱이 특정 파장이 되고, 굴절률과 두께가 변수가 되는 것이다.

따라서, 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 경우 증착시 두께의 변화를 통해 사용자가 원하는 특정 여러 개의 파장에서 동시에 원편광을 분리할 수 있는 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름을 제작할 수 있다.

도 9는 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 반사율을 도시한 그래프이다.

여기서, 도시한 반사율의 경우 도 8에서 모의 전산시늉한 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 좌원편광된 빛의 반사율을 나타낸 것으로써 우원편광된 빛의 경우 반사율이 8% 정도로 일정하게 반사되는 반면 피치의 두께가 변화함에 따라 좌원편광된 빛의 경우 특정 3개의 파장에서 동시에 50%정도의 반사율을 나타내었다.

그리고, 이러한 3개의 파장에서 좌원편광된 빛과 우원편광된 빛이 분리되는 이유는 앞서 설명한 바와 같이 원편광이 분리되는 파장이 굴절률과 피치의 두께에 의해 결정이 되므로 피치의 두께가 지속적으로 변화함에 따라 동시에 3개의 파장에서 좌원편광된 빛의 반사가 이루어지게 된다.

따라서, 이러한 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 경우 기존의 콜레스테릭 액정을 이용한 원편광 분리소자와는 다르게 파장별 컬러필터를 사용하지 않고도 디스플레이 분야에서 많이 사용되어지는 Red, Green 그리고 Blue 영역에서 동시에 하나 의 필름을 이용하여 좌(우)원편광된 빛을 반사시킬 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 박막이 성장해 나가는 모습을 모의 전산시늉을 이용하여 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 유리 또는 고분자로 이루어진 투과성이 높은 기판(100) 위에 같은 피치의 두께를 가지는 여러 개의 피치를 증착하고 계속적인 미세한 두께의 변화를 주어가면서 피치의 두께를 조금씩 변화시켜 가며 증착할 경우를 나타낸 것이다.

여기서, 원편광이 분리되는 파장은 앞서 설명한 바와 같이 굴절률과 피치의 두께에 의해서 결정 되어지고, 피치의 두께는 박막의 증착률과 기판의 회전속도에 의해 조절할 수 있다.

도 11은 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 반사율을 도시한 그래프이다.

여기서, 도시한 반사율의 경우 도 10에서 모의 전산 시늉한 광대역 원편광 브래그 반사필름의 좌원편광된 빛의 반사율을 나타낸 것으로써 우원편광된 빛의 경우 반사율이 8% 정도로 일정하게 반사되는 반면 피치의 두께가 변화함에 따라 좌원편광된 빛의 경우 지속적인 두께의 변화함에 따라 여러 개의 좌원편광된 빛이 반사되는 것을 알 수 있다.

따라서, 이러한 계속적인 미세한 두께의 변화를 통해 광대역에 걸쳐 좌원편광된 빛과 우원편광된 빛을 분리시킬 수 있으며 이러한 광대역 원편광 브래그 반사필름의 경우 디스플레이 분야에서 여러 개의 외부환경에 의해 파장이 변한다 하더라도 그러한 파장 영역을 넓게 보완할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 박막을 SEM으로 촬영한 확대도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름은 기판(100) 상에 증착되는 비등방 박막층(200b)을 TiO₂ 를 이용하여 형성시킨다.

그리고, 비등방 박막층(200b)의 나선형 피치가 60˚의 경사 입사각을 가지도록, 기판을 60˚로 기울이고, 기판(100)을 회전시키는 회전 속도를 분당 0.1 번의 회전수, 즉 0.1 rpm 으로 설정하며, 회전량은 3 회로 설정하고, 증착율은 분당 0.5 nm 만큼 증착되도록, 즉 0.5 nm/s 로 설정한다.

여기서 0.5 nm/s 로 3회의 회전을 실시한 후 증착률을 0.4 nm/s 로 줄여 피치의 두께가 작은 3개의 피치를 형성하고, 마지막으로 0.3 nm/s 로 3회 회전을 실시하여 피치의 두께가 더 작은 피치를 증착하여 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름을 제작하였다.

도 13은 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에서 파장에 따른 투과율을 도시한 그래프이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름은 서로 다른 3개의 파장대역에서 좌원편광과 우원편광으로 분리되는 것을 확인 할 수 있었다.

이는 도 12에서 실제로 제작된 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름의 구조에 서 알 수 있듯이, 서로 다른 피치의 두께를 가진 3개의 색션에 따라 0.3, 0.4, 0.5 nm/s 의 증착률로 조절된 각각의 피치 두께에 의해 한번의 증착 과정을 통해 서로 다른 3개의 파장 영역에서 좌원편광과 우원편광을 분리시킬 수 있었다.

도 14는 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에서 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 좌원편광된 빛을 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에 입사시켰을 경우, 반사되는 빛의 스펙트럼을 확인할 수 있는데, 465, 582, 748 nm 의 파장 영역에서 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에 의해 좌원편광된 빛이 반사되었다.

여기서, 좌원편광된 빛만이 3개의 서로 다른파장에서 반사되는 것은 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름을 증착시 시계 반대방향인 즉 좌원방향으로 기판(100)을 회전함에 따라 좌원편광된 빛을 반사시킬 수 있고, 기판을 시계방향 즉 우원방향으로 회전을 시켰을 경우 이와는 반대인 우원편광된 빛이 반사된다.

따라서, 이렇게 기판(100)을 회전시켜 가며 필름 피치의 두께 조절을 통해 서로 다른 3개의 파장에서 좌원 편광된 빛을 반사시킬 수 있는 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름을 제작할 수 있다.

도 15는 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 박막을 SEM으로 촬영한 확대도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 광대역 원편광 브래그 반사필름은 기판(100)을 기반으로 박막의 피치 두께가 미세하게 증가하며 자라나는 것을 알 수 있다.

여기서, 광대역 원편광 브래그 반사필름을 증착하는 동안 점차적으로 증착률을 감소시킴에 따라 피치의 두께가 감소하며 자라나고, 증착률의 경우 0.5 nm/s에서 0.36 nm/s 로 7개의 색션을 각각 3개의 회전수를 갖는 광대역 원편광 브래그 반사필름을 제작하였다.

도 16은 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에서 파장에 따른 투과율을 도시한 그래프이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 다른 상태의 원편광을 입사시킨 후, 투과 스펙트럼의 차이를 나타내는데, 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름은 470 nm ~ 670 nm 영역에서 평균 18 %의 투과율 차이를 나타낸다.

즉 좌(우)원형편광된 빛을 입사 시켰을 경우 200 nm 영역의 광대역에서 좌원편광과 우원편광된 빛으로 분리시킬 수 있으며, 이는 특정한 파장에서 외부 환경요인이 발생하여 분리되는 파장이 변한다 하더라도 보상이 가능한 광대역 원편광 브래그 반사필름이 제작되었음을 알 수 있다.

도 17은 본 발명에 따른 파장 선택형 원편광 브래그 반사필름에서 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.

여기서 앞서 언급한 바와 같이 필름의 증착시 피치의 두께를 미세하게 7개의 색션으로 변화시켜가며 증착하였고, 이로 인해 7개의 파장영역에서 좌원편광된 빛이 반사됨을 알 수 있다.

따라서 광대역에서 특정 좌원편광된 빛만을 반사시키기 위해 증착하는 과정에 서 기판(100)의 반시계 방향으로의 회전과 함께 미세한 두께의 변화를 통해 광대역에서 좌원편광된 빛을 반사시킬 수 있는 광대역 원편광 브래그 반사판을 제작할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름을 나타낸 개략 구성단면도,

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 원편광 투과 혹은 반사를 나타낸 상태 단면도,

도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법에 대한 순서도 및 개략흐름도,

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법을 수행하기 위한 원편광 브래그 반사필름 제조장치를 나타낸 개략구성도,

도 7은 본 발명에 따른 광대역 원편광 브래그 반사필름을 SEM으로 촬영한 확대도,

도 8은 본 발명에 따른 특정 3개의 원편광만을 투과 혹은 반사시키기 위한 박막의 성장 과정을 개략적으로 도시한 단면도,

도 9는 본 발명에 따른 특정 3개의 원편광만을 반사시키기 위해 제작된 분리소자의 반사율 전산시늉 결과,

도 10은 본 발명에 따른 광대역에 대한 원편광을 투과 혹은 반사시키기 위한 박막의 성장 과정을 개략적으로 도시한 단면도,

도 11은 본 발명에 따른 광대역에 대한 원편광을 반사시키기 위해 제작된 분리소자의 반사율 전산시늉 결과,

도 12는 본 발명에 따른 특정 3개의 원편광만을 반사시키기 위해 실제로 제작 된 분리소자의 SEM 결과,

도 13은 본 발명에 따른 특정 3개의 원편광만을 반사시키기 위해 실제로 제작된 분리소자의 투과율 측정결과,

도 14는 본 발명에 따른 특정 3개의 원편광만을 반사시키기 위해 실제로 제작된 분리소자의 좌원편광 반사율 측정결과,

도 15는 본 발명에 따른 광대역의 원편광을 반사시키기 위해 실제로 제작된 분리소자의 SEM 결과,

도 16은 본 발명에 따른 광대역의 원편광을 반사시키기 위해 실제로 제작된 분리소자의 투과율 측정결과,

도 17은 본 발명에 따른 광대역의 원편광을 반사시키기 위해 실제로 제작된 분리소자의 죄원편광 반사율 측정결과이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 유리나 고분자 물질로 이루어진 기판 상부에 유전체 물질을 증착시켜 광대역에서 좌원편광 및 우원편광을 반사시킬 수 있는 광대역 브래그 반사필름을 제조하는 방법에 있어서,

   기판의 각도 및 회전속도, 유전체 물질의 증착율을 설정하는 단계(S1)와;

   상기 유전체 물질이 상기 기판의 상부에 나선형 피치로 증착되되 상기 기판의 각도로 일정 굴절률을 가지면서 기둥 구조물로 형성되도록 상기 기판을 회전시키는 단계(S2)와;

   상기 기판의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치 형상의 기둥 구조물을 상기 기판의 회전량에 따라 상기 기판 상부에 일정 두께로 복수 개 형성하는 단계(S3)와;

   상기 기판의 회전속도 및 증착율로 결정된 일정 두께를 가지는 나선형 피치를 상기 기판의 회전량에 따라, 일정 두께의 비등방 박막층으로 형성하는 단계(S4); 및,

   상기 비등방 박막층을 상기 기판에 증착하면서 지속적으로 두께의 변화를 통해 박막층을 형성하면서 피치의 두께가 실시간으로 변화되면서 성장되게 하는 단계(S5)를 포함하여 구성되되,

   상기 기판은 상기 유전체 물질과 이루는 경사 입사각이 30 내지 89도의 범위를 가지며, 상기 기판의 회전속도는 0.5rpm 이하로 설정하고, 상기 유전체 물질의 증착률은 0.3 nm/s 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서,

   상기 유전체 물질은 350나노미터 내지 2000나노미터의 가시광선 및 근적외선에서 0.01% 이하의 흡수율을 가지는 TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, CeO₂, Si, Bi₂O₃, SnO₂, WO₃, HfO₂, MoO₃ 중 어느 하나의 금속산화물인 것을 특징으로 하는 광대역 원편광 브래그 반사필름의 제조방법.

Images